O MODELO ATÔMICO DE BOHR E AS ABORDAGENS PARA
SEU ENSINO NA ESCOLA MÉDIA
The atomic model of Bohr and approaches for its teaching in high school.
Leandro Londero*
Resumo
O ensino de conteúdos de física moderna e contemporânea na escola de nível
médio é imprescindível e já foi justificado por diversos pesquisadores. Entre
os conteúdos que deveriam ser ensinados encontra-se, por exemplo, o modelo
atômico de Bohr. No entanto, como verificado mediante revisão de literatura,
várias obras didáticas não abordam esse modelo adequadamente, uma vez que
desconsideram as idéias de Bohr, as quais envolviam os estudos de Planck
sobre a radiação do corpo negro, a teoria de Einstein para o efeito fotoelétrico,
as experiências e o modelo atômico de Rutherford e os resultados empíricos
sobre os espectros de emissão de elementos químicos. Perante isso, é de fundamental importância o ensino por meio de abordagens que potencializem a
aprendizagem do modelo proposto por Niels Bohr. Por outro lado, professores
do ensino médio podem não ter claro quais abordagens podem ser utilizadas
quando do ensino do referido modelo. Assim, apresentam-se algumas possibilidades para o ensino do modelo atômico de Bohr, com exemplos e justificativas para o uso de cada uma delas. Atenção especial foi dada ao ensino por meio
da História e Filosofia da Ciência, da leitura de textos de divulgação científica
ou originais de cientistas, de analogias, de tiras em quadrinhos e simulações
computacionais.
Palavras-chave: Modelo Atômico de Bohr, Ensino de Física, Ensino Médio.
* Doutor em Educação, Docente no Departamento de Educação, Instituto de Biociências, Letras e Ciências Exatas, Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquista Filho” (UNESP). São José do Rio Preto, Brasil. [email protected]
GÓNDOLA, Enseñanza y Aprendizaje de las Ciencias, ISSN: 2346-4712
Volumen 9, número 1, enero-junio de 2014 p. 13-37
[13]
[14]
Abstract
The teaching of modern and contemporary Physics subjects in high school is
indispensable and it was already justified by several researchers. Among the
subjects which must be taught, there is, for instance, Bohr atomics model.
However, as it was noticed in literature review, many didactic materials do not
deal with this model adequately, since that they do not take into account Bohr
ideas, which involved Planck studies on black-body radiation, Einsten theory
for photoelectric effect, Rutherford experiences and atomics model and the
empiric results upon the spectrums of chemical elements emission. From that,
it is extremely important teaching through approaches which potentialize the
learning of the model proposed by Niels Bohr. On the other hand, teachers from
high schools cannot have clearness about which approaches can be applied
for teaching the mentioned model. Thus, it is presented some possibilities for
teaching Bohr atomics model, with examples and justifications for the use of
each one. Special treatment was attributed to the teaching from Science History
and Philosophy, from the reading of scientific diffusion and original scientific
texts, from analogies, from comic strips and from computer simulations.
Key words: bohr atomics model, physics teaching, high school.
Introdução
Há algumas décadas iniciou-se em muitos
países a inclusão, nos currículos da Educação Básica, de conteúdos que comumente
chamamos de Física Moderna e Contemporânea (FMC). Mas, por que, nós professores
de Física do Ensino Médio, devemos inserir
tópicos e ideias de Física Moderna e Contemporânea na sala de aula?
Esta questão faz parte da carta escrita por
Pena (2006) e enviada ao editor da Revista
Brasileira de Ensino de Física. Pena procurou sistematizar justificativas presentes na
literatura da área para a inserção de tópicos
de FMC nos currículos escolares. Entre as
justificativas encontram-se: a) influência
Volumen 9, número 1, enero-junio de 2014
crescente dos conteúdos de FMC para o entendimento do mundo criado pelo homem
(Terrazzan, 1992); b) impossibilidade de se
vivenciar e participar plenamente do mundo
tecnológico atual sem um mínimo de conhecimentos básicos dos desenvolvimentos
mais recentes da Física (Terrazzan, 1992);
c) despertar a curiosidade dos estudantes
e ajudá-los a reconhecer a Física como um
empreendimento humano e, portanto, mais
próxima dos estudantes (Ostermann et al.,
1998); d) estabelecer o contato dos alunos
com as ideias revolucionárias que mudaram
totalmente a Ciência do século XX, pois para
os alunos a Física é um conjunto de conhecimentos que se acabou antes do início do
século XX (Ostermann et al., 1998); e) atrair
jovens para a carreira científica, futuros pes-
O modelo atômico de Bohr e as abordagens para seu ensino na escola média
quisadores e/ou professores (Ostermann et
al., 1998) e; f) transformar o ensino de Física tradicionalmente oferecido por nossas
escolas, pois conceitos de FMC explicam
fenômenos que a física clássica não explica,
uma nova visão de mundo, física que hoje
é responsável pelo atendimento de novas
necessidades que surgem a cada dia, tornando-se cada vez mais básicas para o homem
contemporâneo, um conjunto de conhecimentos que extrapola os limites da ciência
e da tecnologia, influenciando outras formas
do saber humano (Pinto e Zanetic, 1999).
Documentos ministeriais como os Parâmetros Curriculares Nacionais também sinalizam na direção da inclusão de conteúdos de
FMC ao mencionarem que
...disciplinas científicas, como a Física, têm
omitido os desenvolvimentos realizados
durante o século XX e tratam de maneira
enciclopédica e excessivamente dedutiva
os conteúdos tradicionais”. Mais ainda,
“...não se trata de incorporar elementos da
ciência contemporânea simplesmente por
conta de sua importância instrumental utilitária, [...] e sim de prover os alunos de
condições para desenvolver uma visão de
mundo atualizada. (Brasil, 1999)
No âmbito do Ensino de Física no Brasil, a
produção de trabalhos sobre a inserção da
FMC começou a ter expressão há cerca de
duas décadas. Na década de 90 assiste-se a
uma intensificação do número de estudos
que envolvem esta temática. Esta tendência
manifesta-se inclusive no fato de uma revista
especializada como a Investigações em Ensino de Ciências, editada no Brasil, publicar no
[15]
número 1, do volume 5, de janeiro de 2000,
um artigo de revisão sobre esse tema (Ostermann e Moreira, 2000).
Nesse artigo, os autores se propõem a revisar
os estudos sobre a linha de pesquisa “Física
Moderna e Contemporânea no Ensino Médio” mediante consulta a artigos de revistas,
livros didáticos, dissertações, teses, projetos
e navegações pela internet, que abordam essa
questão. Concluem que há muitas justificativas em favor da atualização curricular e até
uma bibliografia que apresenta temas modernos. Além disso, afirmam que um desafio é a
escolha de que temas de FMC deveriam ser
objeto de especial atenção na formação de
professores de Física com vistas a um trabalho adequado no Ensino Médio.
Ostermann e Moreira (1998) com o intuito
de obterem uma lista consensual, entre físicos, pesquisadores em Ensino de Física e
professores de Física do Ensino Médio, sobre
quais tópicos de FMC deveriam ser abordados na escola média, com vistas a atualizar
o currículo de Física neste nível, chegam aos
seguintes itens: leis de conservação, radioatividade, forças fundamentais, fissão e fusão
nuclear, origem do universo, raios X, partículas elementares, Big Bang, relatividade
restrita, estrutura molecular, metais e isolantes, semicondutores, laser, supercondutores,
fibras ópticas, efeito fotoelétrico, dualidade
onda-partícula e átomo de Bohr.
O modelo atômico de Bohr
Niels Bohr dedicou-se, entre outros assuntos, ao estudo da estabilidade do átomo, uma
vez que o modelo atômico de Rutherford
Volumen 9, número 1, enero-junio de 2014
[16]
apresentava um problema de instabilidade
radioativa, pois, de acordo com a teoria de
Maxwell, elétrons em movimento ao redor
do núcleo deveriam emitir radiação, perdendo energia e colapsando o sistema. Ele
acreditou no modelo dos elétrons orbitando
em torno do núcleo e resolveu o problema
da instabilidade. Estava convicto que a Mecânica Clássica não seria mesmo capaz de
descrever o átomo de hidrogênio.
Por meio do estudo e análise das teorias e
experiências da época, como a do efeito Zeeman, o efeito fotoelétrico de Einstein, as séries espectrais dos elementos químicos, as experiências e o modelo atômico de Rutherford
e, principalmente, a teoria de Planck, Böhr
percebeu que deveria haver alguma relação
entre as energias dos elétrons em suas órbitas
atômicas e as correspondentes frequências,
conforme sugeria a teoria da radiação proposta por Max Planck em 1900, conhecida como
teoria quântica. Em 1913 ele propôs um novo
modelo atômico.
Bohr propôs que os elétrons giram ao redor
do núcleo em um número limitado de órbitas
circulares e bem definidas (fixas), que são denominadas de órbitas estacionárias, arranjadas
em círculos concêntricos, com determinados
níveis de energia. Mais tarde, seriam as chamadas “camadas eletrônicas” (K,L,M,N,O,P e Q).
Segundo a teoria da radiação de Planck, a energia não é emitida de maneira contínua, mas em
pacotes chamados de quanta. Aplicando a teoria de Planck no modelo de Rutherford, Bohr
conseguiu formular 5 postulados relacionados
com o movimento dos elétrons. No livro “So-
Volumen 9, número 1, enero-junio de 2014
bre a constituição de átomos e moléculas”,
Bohr (1989) apresenta-os na seguinte forma:
1. A energia radiada não é emitida (ou absorvida) da maneira contínua admitida pela
eletrodinâmica clássica, mas apenas durante a passagem dos sistemas de um estado “estacionário” para outro diferente.
2. O equilíbrio dinâmico dos sistemas nos estados estacionários é governado pelas leis
da mecânica clássica, não se verificando
essas leis nas transições dos sistemas entre diferentes estados estacionários.
3. É homogênea a radiação emitida durante a
transição de um sistema de um estado estacionário para outro, e que a relação entre a
frequência ν e a quantidade total de energia
é dada por E = hν, sendo h a constante de
Planck.
4. Os diferentes estados estacionários de um
sistema simples constituído por um elétron
que roda em volta de um núcleo positivo
são determinados pela condição de ser igual
a um múltiplo inteiro de 2/h a razão entre a
energia total emitida durante a formação da
configuração e a frequência de revolução do
elétron. Admitindo que a órbita do elétron é
circular, esta hipótese equivale a supor que
o momento angular do elétron em torno do
núcleo é igual a um múltiplo inteiro de h/2π.
5. O estado ‘permanente’ de um sistema atômico – isto é, o estado no qual a energia
emitida é máxima – é determinado pela
condição de ser igual a h/2π o momento
angular de cada elétron em torno do centro da sua órbita.
O modelo atômico de Bohr e as abordagens para seu ensino na escola média
[17]
Na órbita mais próxima do núcleo o elétron estaria no “estado fundamental”, encontrando-se
no seu nível de energia mais baixo, de modo
que, se o elétron estivesse em uma órbita superior ao estado fundamental poderia “cair” em
qualquer outra mais próxima do núcleo.
contemplem suas controvérsias e sua complexidade possibilitando a compreensão do
papel fundamental que a teoria que o descreve teve na constituição da Física, não se configurando apenas como um modelo estrutural
para o átomo.
Se os elétrons de um átomo recebem energia
ou colidem com outros elétrons, eles saltam
para níveis mais extremos. Neste caso, dizemos que os elétrons entram em estado excitado. Se os elétrons cedem energia, eles saltam
para níveis mais internos e a energia liberada
sai em forma de quantum de luz ou fóton.
Assim, o objetivo deste ensaio é apresentar um
inventário sobre as possibilidades para o ensino do modelo atômico de Bohr, disponíveis
aos professores, com exemplos e justificativas
para o uso de cada uma delas. Se pensarmos
no ensino desse modelo atômico, especificamente para o ensino médio, encontramos na
literatura da área de Ensino de Física algumas
possibilidades para o tratamento deste tópico
curricular. Considero como possibilidades de
ensino as propostas que englobam enfoques/
abordagens e/ou recursos pensados por professores e/ou pesquisadores de ensino de física e recolhidas de publicações realizadas nas
últimas três décadas.
Peduzzi e Basso (2005), em artigo publicado
intitulado “Para o ensino do átomo de Bohr
no nível médio”, analisaram a apresentação
dada por autores de livros didáticos, destinados ao ensino médio, ao modelo atômico de
Bohr. Esses autores concluíram que
[...]a maioria das obras consultadas não
contextualiza adequadamente o tema, considerando-se que o quadro teórico e experimental em que estavam inseridas as ideias
de Bohr envolviam os estudos de Planck
sobre a radiação do corpo negro, a teoria
de Einstein do efeito fotoelétrico, as experiências e o modelo atômico de Rutherford
e resultados empíricos sobre os espectros
de emissão de vários elementos químicos.
(Peduzzi e Basso, 2005)
Perante isso, é de fundamental importância
o ensino por meio de abordagens que potencializem a aprendizagem dos modelos atômicos, em particular, o proposto por Niels Bohr.
Abordagens que permitam a visualização da
dinâmica de produção desse modelo e que
O ensino do modelo atômico
de Bohr por meio da história
e filosofia da ciência
uma abordagem que vêm ganhando cada vez
mais destaque é aquela que leva em conta aspectos históricos e filosóficos. Os Parâmetros
Curriculares Nacionais (BRASIL, 1999) já
indicavam a importância do ensino de física
contemplar os aspectos históricos e filosóficos ao mencionar que:
É essencial que o conhecimento físico
seja explicitado como um processo histórico, objeto de contínua transformação
e associado às outras formas de expres-
Volumen 9, número 1, enero-junio de 2014
[18]
são e produção humanas. [...] ao lado de
um caráter mais prático, a Física revela
também uma dimensão filosófica, com
uma beleza e importância que não devem
ser subestimadas no processo educativo”
(Brasil, 1999).
Há alguns anos, vários autores já defendiam
o uso da História e Filosofia da Ciência para
o Ensino de Física. É o caso, por exemplo, do
prêmio Nobel de física, de 1944, Isidor Isaac
Rabi, que na introdução do Harvard Physics
Project (1968) argumentava:
Proponho que a ciência seja ensinada a
qualquer nível, do mais baixo ao mais
alto, de um modo humanístico. Deve ser
ensinada com uma compreensão histórica,
com um entendimento filosófico, com um
entendimento social e humano, no sentido
da biografia, da natureza das pessoas que
fizeram a sua construção, dos triunfos das
tentativas e das atribulações.
Por sua vez, Carvalho (1992) destacou que
a importância do professor conhecer a História e Filosofia da Ciência está em poder
compreender os seus alunos, pois inúmeras
vezes o raciocínio encontrado em sala de aula
é muito semelhante aquele que um dia a ciência já considerou como correto. Esta posição
também é defendida por Martins (1990), o
qual argumentou que:
[...] o professor conhecendo as concepções antigas de um determinado conceito, terá maior
facilidade em compreender as dificuldades de
seus alunos e poderá mais facilmente respeitar
as suas concepções e fazer uma transposição
didática para o conhecimento atual.
Volumen 9, número 1, enero-junio de 2014
Portanto, o entendimento de como os conceitos foram construídos ao longo da história
facilita o aprendizado da concepção final deles. Isso se reflete, por exemplo, quando do
ensino do modelo atômico de Bohr, que para
facilitar o seu entendimento precisamos recorrer ao processo histórico da sua construção. Em se tratando de História e Filosofia da
Ciência, a discussão sobre o modelo atômico
de Bohr apresenta muitas possibilidades de
reflexão. Entre os temas mais importantes
nesse sentido é a discussão sobre quebra de
paradigmas, os quais sofreram sérios questionamentos no momento em que novas teorias foram estruturadas no início do século
XX e que provocaram uma crise que se traduziu no surgimento de um novo paradigma
teórico (a física moderna e contemporânea).
Além disso, numa abordagem histórico-filosófica ganha destaque a evolução dos modelos
atômicos com as contribuições, por exemplo,
de Leucippus, Demócrito, Dalton, Fechner,
Thomson, Nagaoka, Rutherford, Bohr e por
que não Sommerfeld, Schröedinger, De Broglie e Heisenberg. Nessa abordagem, a apresentação e a discussão do modelo de Bohr são
subsidiadas pela evolução histórica dos modelos, destacando as limitações das propostas
anteriores a Bohr, as diferenças do seu modelo
em comparação com os demais e os avanços
surgidos na física atômica após as ideias de
Bohr. Ainda, os estudantes devem compreender as mudanças epistemológicas e culturais
ocorridas a partir de sua proposta. Na tabela 1
é apresentada uma síntese de alguns modelos
atômicos juntamente com seus propositores.
Sua finalidade é apresentar, de forma breve, ao
leitor, uma explicação geral dos modelos nela
descritos e, ainda, mostrar que o entendimento
O modelo atômico de Bohr e as abordagens para seu ensino na escola média
de “modelo de átomo” está constantemente em
construção. Assim, vale a pena destacar que,
não é o nosso objetivo reduzir a construção
[19]
do modelo de átomo a uma série de nomes de
cientistas, com suas produções.
Tabela 1. Síntese de alguns Modelos Atômicos e seus propositores.
Propositor
Representação
Pictórica
Síntese do Modelo
Todas as coisas são inteiramente compostas de inúmeros elementos
individuais e inextinguíveis chamados átomos. A matéria pode ser
dividida em partículas cada vez menores, até chegar-se a um limite.
Figura 1:
Leucippus de Mileto
(460 a.C - 370 a.C.)1
O todo não se compõe somente de átomos ou partículas indivisíveis
de mesma natureza. O vácuo é um “não ente”. A matéria é descontínua. Ao invés dos corpos macroscópicos, os corpos microscópicos, ou
átomos não se interpenetram nem se dividem, sendo suas mudanças
observadas em fenômenos físicos e químicos como associações de
átomos e suas dissociações e que qualquer matéria é uma combinação
de átomos dos quatro elementos: ar, fogo, água e terra.
Figura 2:
Demócrito de Abdera
(460 a.C. - 370 a.C.)2
O átomo é a partícula elementar, a menor partícula que constitui a
matéria, é rígido, indivisível, impenetrável, indestrutível e tem uma
forma esférica (Modelo da esfera maciça).
Figura 44
Figura 3:
John Dalton (1766 - 1844)3
1 Disponível em: <http://en.wikipedia.org/wiki/Leucippus> (acesso em 30/05/2014)
2 Disponível em: <http://www.ifi.unicamp.br/~ghtc/Universo/pag41.html> (acesso em 30/05/2014)
3 Disponível em: <http://en.wikipedia.org/wiki/John_Dalton> (acesso em 30/05/2014)
4 Disponível em: <http://www.explicatorium.com/CFQ9-Evolucao-atomo.php> (acesso em 30/05/2014)
Volumen 9, número 1, enero-junio de 2014
[20]
O átomo consiste de uma parte central massiva que atraía gravitacionalmente uma nuvem de partículas quase imponderáveis.
Figura 5:
Gustav Theodor Fechner
(1801 - 1887)5
O átomo é uma esfera maciça de carga positiva, estando os elétrons
dispersos no seu interior (Modelo do pudim de passas).
Figura 77
Figura 6:
Joseph John Thomson
(1856 - 1940)6
Modificou o modelo atômico de Thomson, sugerindo pela primeira vez
que as cargas negativas são externas ao “pudim”.
Figura 99
Figura 8:
Jean Baptiste Perrin
(1870 - 1942)8
O átomo é formado por um caroço central positivo rodeado de anéis
de elétrons girando com a mesma velocidade angular, semelhante ao
planeta saturno (Modelo saturniano)
Figura 10:
Nagaoka Hantaro
(1865 - 1950)10
Figura 1111
5 Disponível em: <http://pt.wikipedia.org/wiki/Gustav_Theodor_Fechner> (acesso em 30/05/2014)
6 Disponível em: <http://famous-sci.blogspot.com.br/2012/09/j-j-thomson.html> (acesso em 30/05/2014)
7 Disponível em: <http://grupoquimicaatomos.blogspot.com.br/2011/04/evolucao-dos-modelos-atomicos.html>
(acesso em 30/05/2014)
8 Disponível em: <http://pt.wikipedia.org/wiki/Jean_Baptiste_Perrin> (acesso em 30/05/2014)
9
Disponível em: <http://atomosuper28.blogspot.com.br> (acesso em 30/05/2014)
0 Disponível em: <http://en.wikipedia.org/wiki/Hantaro_Nagaoka> (acesso em 30/05/2014)
11 Disponível em: <http://www.agracadaquimica.com.br/index.php?&ds=1&acao=quimica/ms2&i=22&id=643>
(acesso em 30/05/2014)
Volumen 9, número 1, enero-junio de 2014
O modelo atômico de Bohr e as abordagens para seu ensino na escola média
O modelo de Lewis está baseado em um cubo, onde os elétrons de um átomo se colocam de forma cúbica, ou seja, os elétrons de um átomo estavam
colocados nos vértices de um cubo.
[21]
Figura 1313
Figura 12:
Gilbert Newton Lewis
(1875 - 1946)12
Figura 14:
Ernest Rutherford
(1871 - 1937)14
A maior parte do espaço do átomo é vazio. No seu interior, existe
uma pequena região central positiva (núcleo), muito pequeno em relação ao tamanho total do átomo, porém com grande massa e ao seu
redor, Ao redor do núcleo localizam-se os elétrons com carga negativa (compondo a “enorme” eletrosfera) e com pequena massa, que
neutraliza o átomo. Os elétrons giram em volta do núcleo em órbitas
circulares. (Modelo planetário)
Figura 1515
O átomo possui um núcleo central. Os elétrons descrevem órbitas
circulares em torno do núcleo, sendo que só podem ocupar determinados níveis de energia. A cada órbita corresponde um valor de
energia
Figura 16:
Niels Henrik David Bohr
(1885 - 1962)16
Figura 1717
13 14 15 16 17 18
12Disponível em: <http://sunsite.berkeley.edu/~ucalhist/archives_exhibits/in_memoriam/catalog/lewis_gilbert.
html> (acesso em 30/05/2014)
13 Disponível em: <http://es.wikipedia.org/wiki/Modelo_del_átomo_cúbico> (acesso em 30/05/2014)
14 Disponível em: <http://www.escienciaonline.com/que-tanto-se-puede-hacer-con-un-barometro/> (acesso em
30/05/2014)
15Disponível em: <http://quimicacoma2108.blogspot.com.br/2010/03/atomico-de-rutherford-primeira.html>
(acesso em 30/05/2014)
16 Disponível em: <http://nautilus.fis.uc.pt/wwwqui/figuras/fisicos/txt/bohr.html> (acesso em 30/05/2014)
17 Disponível em: <http://neetescuela.com/modelo-atomico-de-bohr/> (acesso em 30/05/2014)
Volumen 9, número 1, enero-junio de 2014
[22]
Figura 18:
Arnold Johannes
Wilhelm Sommerfeld
(1868 - 1951)18
Postulou a existência de órbitas não só circulares, mas também elípticas. Num nível de energia n, há uma órbita circular e (n-1) órbitas elípticas de diferentes excentricidades. Exemplo, no nível de energia n=4
(camada N), há uma órbita circular e três órbitas elípticas. Cada uma
das órbitas elípticas constitui um subnível, cada um com sua energia.
Os orbitais não se estabelecem num mesmo plano.
Figura 1919
O Modelo de Schrödinger é um modelo quântico não relativista que
se baseia na solução da equação de Schrödinger para um potencial
eletrostático com simetria esférica, chamado também de átomo hidrogenoide.
Figura 20:
Erwin Schrödinger
(1887 - 1961)20
Figura 22:
Paul Dirac (1902-1984)22
Figura 2121
Com base na Mecânica Quântica Ondulatória, ampliaram os conhecimentos anteriores e em 1928 Paul Dirac obteve uma descrição
quântico-relativista do elétron, predizendo a existência da antimatéria. Nas equações de Dirac e Jordan aparece o quarto parâmetro
com característica quântica. Introduzem a ideia da descontinuiadade
da matéria.
Figura 2423
Figura 23:
Ernst Pascual Jordan
(1902-1980)24
18 Disponível em: <http://pt.wikipedia.org/wiki/Arnold_Sommerfeld> (acesso em 30/05/2014)
19Disponível em: <http://timerime.com/en/event/2137895/evolucion+del+modelo+atomico++sommerfeld/>
(acesso em 30/05/2014)
21 Disponível em: <http://pauli.uni-muenster.de/~munsteg/physiker.html> (acesso em 30/05/2014)
20 Disponível em: <http://www.areaciencias.com/quimica/modelos-atomicos.html> (acesso em 30/05/2014)
21 Disponível em: <http://fr.wikipedia.org/wiki/Paul_Dirac> (acesso em 30/05/2014)
22 Disponível em: <http://atomosuper28.blogspot.com.br> (acesso em 30/05/2014)
23 Disponível em: <http://www.nndb.com/people/144/000099844/> (acesso em 30/05/2014)
Volumen 9, número 1, enero-junio de 2014
O modelo atômico de Bohr e as abordagens para seu ensino na escola média
[23]
Figura 25: Erwin Schrödinger
(1887 - 1961)25
Figura 26:
Louis-Victor Pierre
Raymond de Broglie
(1892 - 1987)27
• Desenvolveram uma nova teoria do modelo atômico, além de
postular uma nova visão, chamada de mecânica ondulatória.
• O átomo possui um núcleo central, de reduzidas dimensões,
na qual se encontram os prótons e os nêutrons e em torno desse uma nuvem eletrônica, na qual se encontram os elétrons,
os quais se movem com elevada rapidez.
• É impossível determinar, simultaneamente, com exatidão a
posição e a velocidade de um elétron (Princípio da Incerteza).
• Fundamentada na hipótese proposta por Broglie, na qual todo
corpúsculo atômico pode comportar-se como onda e como
partícula, Heisenberg postulou o princípio da incerteza.
• A ideia de órbita eletrônica acabou por ficar desconexa, sendo substituída pelo conceito de probabilidade de se encontrar
num instante qualquer um dado elétron numa determinada
região do espaço. É possível falar em zonas onde a probabilidade de encontrar o elétron é maior.
Figura 2826
Figura 27:
Werner Karl Heisenberg
(1901 - 1976)28
A leitura da tabela 1 permite evidenciar a
contribuição de diferentes cientistas, e suas
respectivas visões/ideias, na ampliação e entendimento de um modelo atômico.
Não se deve olhar a História da Ciência
como uma panaceia para o Ensino [...] a
história talvez forneça para a gente uma
certa humildade frente ao desconhecido.
Acho que ela passa um pouco pelos erros
Por outro lado, é necessário cautela quanto
ao uso da História e Filosofia da Ciência no
ensino de conceitos científicos, pois como argumentou Zanetic (1988)
que as pessoas cometeram.
Nesse mesmo sentido, Moreira (2000), em artigo publicado na Revista Brasileira de Ensino
25 Disponível em: <http://pauli.uni-muenster.de/~munsteg/physiker.html> (acesso em 30/05/2014)
26 Disponível em: <http://www.explicatorium.com/CFQ9-Evolucao-atomo.php> (acesso em 30/05/2014)
27 Disponível em: <http://pt.wikipedia.org/wiki/Louis_de_Broglie> (acesso em 30/05/2014)
28 Disponível em: <http://pt.wikipedia.org/wiki/Werner_Heisenberg> (acesso em 30/05/2014)
Volumen 9, número 1, enero-junio de 2014
[24]
Física, intitulado “Física no Brasil: Retrospectiva e Perspectivas”, argumentou:
“Ensinar física apenas sob a perspectiva histórica também não me parece uma boa metodologia porque para adquirir conhecimentos
o ser humano, normalmente, não precisa descobri-los, nem passar pelo processo histórico
de sua construção.
Lewis (1976) e Martins (2006) nos alertam
para alguns problemas que estão associados à
introdução da História e Filosofia da Ciência
no Ensino de Ciências. O primeiro refere-se ao
fato de existem poucos professores com formação inicial adequada para ensinar dentro de
uma abordagem histórico-filosófica. O segundo é a falta de material didático adequado à disposição do professor. O terceiro é a utilização
da História e Filosofia da Ciência apenas como
uma série de datas e nomes. Carvalho e Vannucchi (2000) também acentuaram que parece
haver uma dificuldade de se colocar em prática
de sala de aula a inclusão da História e Filosofia da Ciência e, conforme argumenta Matthews (1995) a principal razão para esta dificuldade parece estar na formação do professor.
Segundo Teixeira e Freire Junior (2007), infelizmente, tem sido usual nos currículos dos
cursos de graduação em Física no Brasil, uma
subestimação dos aspectos históricos e epistemológicos da ciência. Tais currículos, em
suma, relevam apenas o aspecto operacional
da Física, o que caracteriza como um ensino
em Física, mas não, sobre Física. O ensino
que tem sido praticado segue a forma tradicional, essencialmente formal e baseada na
exclusiva “matematização” de um conteúdo
linear e fragmentado, exigindo tão somente a
Volumen 9, número 1, enero-junio de 2014
memorização de equações sem que se estabeleçam os seus significados e sua contextualização (Teixeira e Freire Junior, 2007).
Perante isso, é de fundamental importância que
essas questões passem a fazer parte das discussões presentes nos cursos de formação de professores de física, inclusive como maneira de superar as dificuldades acima mencionadas. Tendo
em vista estas dificuldades, é possível utilizar outras abordagens e recursos para o ensino do modelo atômico de Bohr e não ficar restrito apenas
aos aspectos Históricos e Filosóficos, principalmente se o professor não se sentir seguro e preparado para o ensino por meio dessa abordagem.
Com isso, passo a apresentar outra possibilidade
de recurso para esse tópico curricular.
O ensino do modelo atômico
de Bohr e a leitura de textos
Alguns autores vêm defendendo a leitura em
aulas de ciências argumentando que a prática
de leitura pode servir como ponto de partida
para a ativação do desenvolvimento intelectual dos alunos (Silva e Almeida, 1993), que
a responsabilidade do uso de leitura não se
restringe a uma única disciplina (Almeida
e Ricon, 1993) ou, ainda, que a leitura de
textos de divulgação científica no ambiente
escolar se constitui em uma atividade diferenciada em relação ao desenvolvimento das
aulas de física que geralmente se observa nas
escolas (Zanotello e Almeida, 2007).
Good (1994), no prelúdio do volume especial
do Journal of Research in Science Teaching,
intitulado The Reading - Science Learning
- Writing Connection, expressou claramen-
O modelo atômico de Bohr e as abordagens para seu ensino na escola média
te que a aprendizagem da ciência está quase
sempre associada à leitura ao afirmar que:
A aprendizagem da ciência é estabelecida
em grande parte pela leitura e interação
com o texto em diferentes circunstâncias.
Entender como os estudantes interagem
com a ciência descrita em textos é sem dúvida uma importante área de investigação.
Assim, uma possibilidade de ensino do modelo de Bohr é por meio da leitura de textos,
em especial, aqueles classificados como de
divulgação científica. Sabemos que é relativamente fácil encontrar muitos assuntos ligados à física atômica em revistas e livros de divulgação científica. Esses materiais surgem,
então, como uma possibilidade de recurso de
ensino para a discussão desse tópico.
Esses textos, em geral, não foram pensados e/
ou elaborados para a escola, mas certamente
podem ser utilizados por professores quando
do ensino dos modelos atômicos, mediante diferentes estratégias de leitura. Para Terrazzan
(2000), os textos de divulgação científica não
têm preocupação didática explícita, não ficam
presos à ideia de pré-requisitos e nem sequências de conteúdos.
Entre os textos que podem ser utilizados encontram-se produções como “O incrível salto
do elétron” (Leuchs, 1990), “A estranha família do átomo” ou “Niels Bohr: o Sherlock da
física atômica” (Dieguez e Arantes, 1992), publicados na revista Superinteressante. A título
de ilustração, reproduziu-se abaixo um trecho
de cada um destes textos, respectivamente, os
quais estão disponíveis na internet.
[25]
No texto “O incrível salto do elétron” é possível discutir com os alunos, por exemplo,
a noção de salto quântico. Ainda, é possível
debater sobre o tempo que o elétron leva para
realizar o salto quântico, como podemos perceber mediante a leitura do trecho reproduzido do texto original.
A Mecânica Quântica tornou-se famosa por
suas ideas heterodoxas, mas poucas causaram tanta confusão, historicamente, como
o conceito de salto quântico. Criado pelo
dinamarquês Niels Bohr, em 1913, sustenta que dentro de um átomo existem regiões
proibidas – onde os elétrons não podem permanecer e, segundo algumas interpretações,
nem mesmo atravessar. Os territórios proibidos pareciam simplesmente não existir,
criando grande desconforto intelectual para
os físicos da época. Por meio das novas experiências, os físicos procuram eliminar as
dúvidas que no passado atormentaram os
próprios criadores da Mecânica Quântica
Uma delas pergunta quanto tempo o elétron
leva para dar o salto quântico – se ele não
atravessa espaço algum, não deveria gastar
tempo algum. Parece lógico, mas uma coisa
não assegura a outra. O fato é que há uma
demora, como se pode verificar observando a emissão de luz pelo elétron toda vez
que este dá um salto quântico. Isso ocorre
sempre que o elétron recebe um raio de luz,
absorve a energia luminosa e passa de uma
órbita mais próxima do núcleo atômico para
outra mais distante. Em seguida, emite a
energia absorvida, novamente na forma de
um átomo de luz, e dá um salto quântico. É
possível medir o tempo gasto entre o recebimento e a devolução da energia luminosa.
Volumen 9, número 1, enero-junio de 2014
[26]
Como esse tempo não é zero, parece claro
que o salto quântico não é instantâneo.
Já em “A estranha família do átomo” a discussão pode girar em torno da explicação
do modelo de Bohr a partir do mais simples
dos átomos, o de hidrogênio, como no trecho
abaixo, extraído do original.
Os físicos porém, não se desesperaram e
acabaram realizando uma revolução científica, com a criação, na década de 20, da
Teoria Quântica. O primeiro a ultrapassar as
fronteiras do mundo atômico com as novas
naquela época, como pode ser observado mediante a leitura de alguns trechos do texto reproduzidos a seguir.
Em novembro deste ano se comemoram três
décadas da morte do cientista dinamarquês
Niels Bohr, Prêmio Nobel de 1922, e considerado, depois de Einstein, o maior físico do
século. Em 1913, estabeleceu o marco inicial
da Física do átomo, ensinando como calcular
as órbitas dos elétrons no seu interior. Nos
anos 20, inspirou e liderou a geração de físicos
de várias nacionalidades cujo esforço levou à
Mecânica Quântica — que revolucionou os
ferramentas quânticas foi Niels Bohr, em
1913. Ele montou um modelo para explicar
o mais simples dos átomos, o do hidrogênio
que tem apenas um próton no núcleo e um
elétron girando ao redor dele. Nesse modelo
há um número preciso de camadas, dispostas concentricamente em torno do núcleo,
nas quais o elétron pode se mover sem emitir radiação. Essas camadas correspondem
aos diferentes níveis de energia que podem
ser assumidos pelo elétron. Como a energia
tem uma natureza descontínua, cada camada é separada da seguinte por uma zona
que não pode ser transitada pelo elétron. A
Teoria Quântica concentrou-se de início no
estudo da distribuição e do comportamento
dos elétrons no interior do átomo. O núcleo
conceitos da ciência clássica e, ao lado da relatividade einsteiniana, fundou a física deste
século. Às vésperas da Segunda Guerra Mundial, Bohr foi além do átomo e mostrou como
calcular a energia liberada pela quebra, ou fissão, do próprio núcleo atômico — o primeiro
passo para a construção dos artefatos nucleares. Mais tarde, depois de participar dois anos
do projeto de produção da bomba, Bohr se
conscientizou da terrível perspectiva que ela
abria para a humanidade. Já em 1944, tentou,
inutilmente, persuadir o primeiro-ministro
inglês Winston Churchill e o presidente americano Franklyn Delano Roosevelt da necessidade de negociações internacionais, incluindo
a União Soviética, para tratar da questão.
atômico continuava um território obscuro.
Em plena década de 50, contaminada pela
“guerra fria” entre Estados Unidos e União
Soviética, empenhou-se na luta pelo uso pacifico da energia atômica (foi o primeiro a receber o prêmio Átomos para a Paz, em 1957).
Em carta pública à ONU, clamou pela construção de um “mundo aberto”, convencido
de que o livre trânsito de pessoas e ideas era
indispensável ao controle da energia nuclear.
O último texto que tomamos como exemplo
para ensinar o modelo atômico de Bohr por
meio da leitura é “Niels Bohr: o Sherlock da
física atômica”. Nele, parte-se de uma discussão histórica e das contribuições de Bohr
para a ciência contemporânea, incluindo as
discussões sócio-políticas que dominavam
Volumen 9, número 1, enero-junio de 2014
O modelo atômico de Bohr e as abordagens para seu ensino na escola média
Bohr foi uma das mais festejadas celebridades
da história da ciência.
Em 26 de maio de 1912, por exemplo, ele
conta que assistira a uma apresentação da
peça Otelo, do inglês William Shakespeare,
e ficara em tal estado de excitação mental
que não conseguia dormir. Assim, escreveu
a Margrethe: “Em meus pensamentos errantes e sonhos sem nexo, sinto o tempo todo
que há algo crescendo em minha mente”.
No dia 28, Bohr afirma: “Creio que talvez
tenha resolvido uma coisinha. O que posso fazer com isso e o que pode decorrer daí
não sei em absoluto”. Junho, julho e agosto,
num ritmo frenético, Bohr trabalha até concluir que não é o modelo de Rutherford que
está errado. São as leis da física clássica que
não se aplicam aos fenômenos atômicos.
Lendo com cuidado, percebe-se que os textos
apresentam ou partem de diferentes perspectivas para abordar o modelo de Bohr. Esse fato
faz com que eles apresentem características
diferentes em relação aos assuntos abordados.
Figura 29. Abdalla (2006)
Por outro lado, nessas produções, muitas vezes,
os autores utilizam determinadas linguagens
para tornar as exposições mais claras e atraentes aos leitores. Na perspectiva de d’Espagnat
(1990), ao tentar simplificar uma ideia complexa, este tipo de texto pode passar uma imagem
incorreta. É comum que, nestes casos, acabe-se
passando a ideia, por exemplo, de que elétrons,
prótons, fótons são bolinhas que colidem entre
si, reforçando, segundo Greca et al. (2001), imagens clássicas, concepções essas “falsas, não no
detalhe, mas de uma maneira essencial”. Estes
autores acabam por questionar: Como fazer então para introduzir tais conteúdos sem cair em
simplificações que levem a erros?
Uma resposta a esses pesquisadores é a possibilidade, ainda por meio da leitura, do uso
de textos de divulgação de autores cientistas
como, por exemplo, os livros “Bohr: o arquiteto do átomo” (Abdalla, 2006), “Bohr e a Teoria Quântica em 90 minutos” (Strathern, 1999),
“Bohr e interpretação quântica da natureza”
(Guerra, Braga e Reis, 2005), cujas capas foram
reproduzidas nas figuras 29, 30 e 31.
Figura 30. Strathern (1999)
Nessas obras o leitor percorre as primeiras décadas do século XX em companhia de cientistas, artistas e filósofos, tendo conhecimento
do panorama cultural da época. Elas destacam
que, a partir do estudo do átomo, a ciência
passou a investigar um mundo extremamente
[27]
Figura 31. Guerra, Braga e Reis, (2005)
pequeno, imperceptível aos sentidos e que a
ideia de descontinuidade que marcou o período alterou os conceitos científicos e o modo de
pensar em geral. Em particular, os conceitos
fundamentais são discutidos com uma linguagem fácil e acessível a um público leigo, com
Volumen 9, número 1, enero-junio de 2014
[28]
o uso de imagens, analogias, entre outros recursos linguísticos. Para elucidar esse aspecto, é reproduzido, a seguir, um trecho da obra
Bohr: o arquiteto do átomo.
Qual foi “o pulo do gato” de Bohr? Ele
supôs que o elétron só podia se mover no
átomo em certas órbitas fixas, como as camadas de uma cebola. Assim, o elétron não
pode estar entre duas órbitas, mas pode “pular” de uma para outra. É mais ou menos o
que acontece quando subimos ou descemos
uma escada: podemos pular de degrau em
degrau, às vezes até mais de um degrau para
cima ou para baixo, mas não podemos parar
entre dois degraus. Inspirado pelas ideias de
Planck e Einstein, Bohr supôs que as órbitas
dos átomos não são contínuas, mas discretas, como os degraus de uma escada. Daí
que seria impossível para o elétron espiralar
continuamente até o núcleo.
Consideramos importante a tentativa de minimizar os erros conceituais que podem estar
presentes em um texto que aborda conceitos
científicos, seja ele didático ou de divulgação
científica. Por outro lado, um texto escrito por
autores cientistas pode estar adequado sob o
ponto de vista conceitual, mas pode estar deficiente do ponto de vista didático. Portanto,
pensamos que, mais do que um material adequado, o importante é melhorar a formação
dos professores para trabalhar em sala de aula
com diferentes materiais e abordagens, sejam
elas quais forem.
Para Salém e Kawamura (1996) algumas intenções ou objetivos gerais dos livros de divulgação científica seriam: atrair o leitor para
o mundo da ciência (dar nova visão da física),
Volumen 9, número 1, enero-junio de 2014
divulgar a ciência a um público amplo e fornecer ao leitor algo mais ligado ao prazer, que
ao dever.
Para facilitar a compreensão dos assuntos presentes nos textos, os professores podem escolher a estratégias de leitura a ser adotada, entre
as diversas táticas encontram-se, por exemplo,
as seguintes: a) leitura em voz alta do todo ou
de partes consideradas mais significativas pelo
professor; b) verbalização e discussão do que
os estudantes estão pensando a respeito do
que estão lendo; c) identificação dos elementos mais importantes contidos no texto como,
por exemplo, os conceitos, os fenômenos, os
personagens, as aplicações, os benefícios e malefícios, as dúvidas, imagens, gráficos, etc; d)
levantamento de conhecimento prévio que o
aluno-leitor possui a respeito do que irá ler; e)
elaboração de um questionário sobre a leitura
pelo professor ou solicitar aos estudantes que
elaborem perguntas ao lado de cada parágrafo
lido, promovendo, após a leitura, uma discussão coletiva sobre as questões elaboradas e; f)
construção de uma síntese do texto à medida
que lê.
Cabe ao professor escolher a estratégia que irá
adotar, entre estas ou aquelas que têm conhecimento, a qual se sente mais confortável/seguro de utilizar. Em todas as obras mencionadas
acima são utilizados vários recursos linguísticos, entre eles: imagens, humor, ironia, apoio
na história, vínculo com o cotidiano, analogias
e metáforas. O uso destes recursos de linguagem nos textos pode contribuir para despertar
o interesse de um número maior de estudantes
para os assuntos ligados a este tópico, além
de tornar o ensino e a aprendizagem da física
mais atraente e motivadora.
O modelo atômico de Bohr e as abordagens para seu ensino na escola média
Por falar em analogias, alguns pesquisadores
defendem o uso do recurso analógico para no
ensino de conceitos científicos. As analogias
surgem então como outra possibilidade para
o ensino do Modelo Atômico de Bohr.
O ensino do modelo atômico
de Bohr por meio de
analogias
Vários pesquisadores (Duit, 1991; Dagher,
1995) defendem o uso de analogias para o
ensino de conteúdos conceituais, argumentando que elas favorecem o entendimento de
conteúdos que na maioria dos casos são considerados difíceis pelos alunos.
Segundo Lawson (1993) existem pelo menos
dois tipos de conceitos científicos. Os conceitos descritivos como, por exemplo, as noções
de sólido, líquido e gás, para os quais encontramos exemplares perceptíveis no ambiente,
e os conceitos teóricos como, por exemplo,
átomo, gene, quark e gráviton, os quais não
são encontráveis no ambiente cotidiano. Este
[29]
autor na introdução de um número temático
do Journal of Research in Science Teaching,
sobre o papel das analogias na ciência e no
ensino de ciências, perguntava “Como um
professor pode ajudar os alunos a adquirir entendimento de conceitos teóricos?”. Para essa
pergunta ele ofereceu a seguinte resposta:
Pelo menos parte da resposta, eu penso, é
pelo uso de analogias. Estudantes não podem experimentar a natureza de átomos
diretamente. Mas eles podem e experimentam bolas de vários tamanhos.
Perante isso, encontramos, na literatura da
área de ensino de ciências, algumas analogias
que possibilitam, especificamente, o ensino do
Modelo Atômico de Bohr. Entre os análogos
utilizados encontram-se “uma cebola cortada
ao meio”, “subir e descer os degraus de uma
escada” e “livros alocados nas prateleiras de
uma estante”. Na tabela 2 apresento as similaridades entre alvo e análogos nas analogias
utilizadas para o ensino do modelo atômico
de Bohr e na tabela 3 destaco os limites de
validade ou diferenças entre alvo e análogos.
Tabela 2. Algumas similaridades entre alvo e análogo nas analogias para o ensino do Modelo
Atômico de Bohr.
Alvo
Uma cebola cortada
Modelo Atômico de Bohr
ao meio
Elétrons
--Núcleo atômico
Gema
Orbitas estacionárias/ Níveis Folhas escamiforde energia
mes em camadas
Um elétron mudar de órbita/
Salto quântico/ variar a
--energia
Força elétrica
---
Análogos
Subir e descer os degraus de uma
escada
Pessoas
Base da escada
Livros nas prateleiras de uma estante
Livros
Solo/chão/piso
Degraus
Prateleiras
Subir ou descer os degraus de uma
escada
Mudança de um livro de uma prateleira para outra
Força gravitacional
Força gravitacional
O sinal “---” indica que não há correspondente que podem ser estabelecidas.
Volumen 9, número 1, enero-junio de 2014
[30]
Tabela 3. Limites de validade entre alvos e análogos nas analogias para o ensino do Modelo
Atômico de Bohr
Alvo
Modelo Atômico de
Bohr
Análogos
Uma cebola cortada ao meio
Subir e descer
os degraus de uma
escada
Modelo microscópico
Livros nas prateleiras de uma
estante
Modelos macroscópicos
Elétrons estão em
movimento
---
Uma pessoa pode ocupar
somente um degrau em
um determinado instante de tempo e não pode
ocupar o espaço entre os
degraus
Níveis
energéticos
distribuídos de forma
não equidistante
Folhas escamiformes em camadas distribuídas de forma
equidistante
Degraus colocados, em
geral, de uma forma equidistante
Prateleiras colocadas, em geral, de
uma forma equidistante
Os níveis de energia
não possuem uma
existência física real
As folhas escamiformes possuem uma existência física
real
Os degraus e a escada
possuem uma existência
física real, por exemplo,
são feitas de mármore
As prateleiras possuem uma existência física real, por exemplo, são
feitas de madeira
Nem todos os níveis de energia têm
a mesma capacidade
para armazenar/ abrigar elétrons
---
Todos os degraus teriam,
a princípio, a mesma capacidade para o fluxo de
um conjunto de pessoas
Todas as prateleiras teriam, a princípio, a mesma capacidade para armazenar/ abrigar livros
Elétron “sobe” para
camada superior provoca a instabilidade
do átomo. O elétron,
depois de um tempo,
decai espontaneamente
---
Subir degraus não provoca instabilidade na escada
Colocar livro na prateleira superior
não provoca instabilidade na estante
Livros permanecem em repouso.
Um livro pode ocupar somente uma
prateleira e não pode ocupar o espaço entre as prateleiras
O sinal “---” indica que não há diferenças que podem ser estabelecidas.
Em estudo sobre a implementação, em sala
de aula, de analogias para o modelo atômico
de Bohr, Silva e Terrazzan (2008) concluíram que as semelhanças e as diferenças que
dependem de um menor esforço cognitivo,
em virtude de uma simples visualização de
atributos, são identificadas mais facilmente
pelos alunos, como, por exemplo, as do tipo
estrutural e aquelas que envolvem proporções. Além disso, destacaram que a eficácia
Volumen 9, número 1, enero-junio de 2014
de uma analogia depende da habilidade dos
alunos para estabelecer relações analógicas.
Segundo Silva e Terrazzan (2008) nenhuma
analogia é melhor nem pior, pois todas apresentam aspectos distintos, sendo necessário levar em consideração, principalmente,
suas características, a familiaridade com o
análogo, as habilidades procedimentais dos
alunos e o encaminhamento do professor
O modelo atômico de Bohr e as abordagens para seu ensino na escola média
na implementação. Para o uso adequado de
analogias em aulas de física os autores propõem a versão modificada do modelo TWA,
sugerida por Harrison e Treagust (1993).
Esta versão é composta por seis passos, são
eles: 1º) Apresentação da “situação alvo” a
ser tratada, 2º) Apresentação da “situação
análoga” auxiliar, 3º) Identificação das características relevantes do análogo, 4º) Estabelecimento das correspondências entre o
análogo e o alvo, 5º) Identificação dos limites de validade da analogia utilizada e, 6º)
Esboço de síntese conclusiva sobre a “situação alvo”.
Fazendo parte, ainda, de uma abordagem linguística, o professor poderá, ainda, utilizar tiras em quadrinho como aquelas apresentadas
na próxima seção.
O ensino do modelo atômico
de Bohr por meio da leitura
de tiras em quadrinho
Nos últimos anos surgiram algumas pesquisas que apresentaram a possibilidade do uso
de tiras em quadrinho/tirinhas de humor/
charges para o ensino de conceitos físicos.
O ensino por meio desse recurso ocorre mediante a leitura que visa à aprendizagem, em
geral, via efeito humorístico.
A tendência de uso de tiras ganhou destaque inclusive em muitos livros didáticos que
passaram a incluir em suas páginas à análise de pressupostos e implícitos presentes
na fala de personagens. Mendonça (2002)
caracteriza as tiras como:
[31]
[...] um subtipo de HQ; mais curtas (até
4 quadrinhos) e, portanto, de caráter sintético, podem ser sequenciais (capítulos
de narrativas maiores) ou fechadas (um
episódio por dia). Quanto às temáticas,
algumas tiras também satirizam aspectos
econômicos e políticos do país, embora
não sejam tão “datadas” como a charge.
Dividimos as tiras fechadas em dois subtipos: a) tiras-piadas, em que o humor é
obtido por meio das estratégias discursivas utilizadas nas piadas de um modo
geral, como a possibilidade de dupla interpretação, sendo selecionada pelo autor
a menos provável; b) tiras-episódio, nas
quais o humor é baseado especificamente
no desenvolvimento da temática numa determinada situação, de modo a realçar as
características das personagens (...) Podemos, então, caracterizar provisoriamente a
HQ como um gênero icônico ou icônico
verbal narrativo cuja a progressão temporal se organiza quadro a quadro. Como
elementos típicos, a HQ apresenta desenhos, os quadros e os balões e/ou legendas,
onde é inserido o texto verbal.
Diferente dos textos narrativos que descrevem o espaço de forma descritiva, as tiras
descrevem o contexto da ação e da realização
da fala por meio de ilustrações. As imagens
atuam como marcas que ajudam a significar o
texto verbal (Silva, 2008). Na tabela 4 são reproduzidas duas tirinhas, as quais envolvem
o modelo atômico de Bohr, encontradas em
dois sites, sendo estes os únicos que abordam
tiras para esse tópico, entre aqueles poucos
sítios que difundem o uso de tiras para o ensino de física.
Volumen 9, número 1, enero-junio de 2014
[32]
Tabela 4. Tirinhas utilizadas para o ensino do Modelo Atômico de Bohr
OS MODELOS
FÍSICOS PODEM
ESTAR ERRADOS?
CLARO!
A EVOLUÇAO DA CIÊNCIS
SE DÁ COM HIPÓTESIS,
SIMPLIFICAÇÕES E,
ÀS VEZES, ERROS E
INCONSISTÊNCIAS... VEJA
O MODELO DE BOHR!
Conteúdo implícito:
Quebras de paradigmas, os quais sofreram questionamentos no momento em que novas teorias foram
estruturadas no início do século XX e que provocaram uma crise que se traduziu no surgimento de
um novo paradigma teórico.
Figura 3229
Conteúdo implícito:
Salto quântico. Elétrons ao cederem energia saltam
para níveis mais internos e a energia liberada sai
em forma de quantum de luz ou fóton
EL ELÉTRON!
VOCÉ ESTÁ
PENSANDO
QUE VAI PASSAR
ESCONDIDO?
SE QUISER MUDAR DE
NÍVEL, VAI TER QUE
EMITIR UM FÓTON!
Figura 3330
Pena (2003) lista algumas possibilidades do
uso de tiras pelos professores, entre elas:
i). pedir aos alunos que criem seus próprios
“quadrinhos”;
f). usá-las como motivação antes dos livros
didáticos (para iniciar a discussão de um
tema, induzir o diálogo, atrair, despertar,
instigar a curiosidade para o conteúdo da
disciplina e levantar os conhecimentos
prévios dos alunos);
j). utilizá-las após a discussão do conteúdo,
distribuir os alunos em pequenos grupos e
pedir que relatem o conceito exposto nas
“tirinhas”, interagindo para discuti-lo e
montando perguntas que eles mesmos vão
responder, dando aula uns aos outros. Depois o professor os corrige e acrescenta o
que é necessário;
g).usá-las como exemplo do que foi ensinado (para ratificar a informação dada);
h).apresentá-las nas aulas aos futuros professores da disciplina, para que sejam
montados projetos com o material (para o
futuro professor aprender a desenvolver,
por meio dos “quadrinhos”, a crítica e a
criatividade dos alunos, corrigindo as distorções conceituais);
29 Disponível em: <www.cbpf.br/~caruso/tirinhas/index.htm> (acesso em 23/12/2013).
30 Disponível em: <www.cbpf.br/~eduhq/html/tirinhas/tirinhas_assunto/fisica/fisica.php> (acesso em
23/12/2013).
Volumen 9, número 1, enero-junio de 2014
k).ler a “historinha” (ou solicitar que os alunos leiam), comentá-la e discuti-la com a
turma. Depois dividir os alunos em grupos e propor a realização de alguns experimentos e/ou ilustrações sobre o tema
tratado nos “quadrinhos”;
l). criar exercícios e problemas a partir de
histórias em quadrinhos;
m).dar aos alunos “quadrinhos” com distorções conceituais, e solicitar a eles (divididos em grupos) que encontrem e corrijam
as distorções e;
O modelo atômico de Bohr e as abordagens para seu ensino na escola média
n).utilizar “tirinhas” (sem balões de fala) que
tratem de um determinado conceito científico, e pedir para que os alunos criem
balões de fala que retratem as imagens e
falem sobre o conceito científico explícito
na “historinha”.
A avaliação do potencial desse recurso para
a aprendizagem ainda é incipiente. No entanto, os resultados encontrados até o momento
mostram que atrás da brincadeira e das risadas que são transmitidas pelas mensagens,
contidas nas tiras, há uma informação e que
esta permanece na estrutura cognitiva dos
alunos. Entre as vantagens do uso de tiras encontram-se: a) motivam o aluno a estudar Física e aumentam o interesse deles pela Ciência; b) auxiliam o professor a incentivar os
alunos para discutir Ciência em sala de aula.
Por outro lado, Greca et al. (2001) questionam, ainda, se é possível “aprofundar-se”
um pouco mais nos aspectos conceituais,
possivelmente fazendo uso de simulações
computacionais para superar as deficiências
matemáticas?
O ensino do modelo atômico
de Bohr por meio de
simulações computacionais
Um projeto interessante é a construção de
aplicativos/softwares educacionais que simulam experiências, fenômenos e efeitos que
abordam conceitos físicos. Em se tratando de
simulações computacionais, os professores
poderão fazer uso de diferentes aplicativos
disponíveis na internet. Esses aplicativos per-
[33]
mitem simular os diversos modelos atômicos
propostos até o presente momento.
Em particular, para o estudo dos modelos atômicos, alguns dos aplicativos permitem especificamente: a) selecionar o modelo atômico
em estudo, b) visualizar o nível de energia do
elétron; c) selecionar o comprimento de onda
da luz, d) verificar como a predição do modelo corresponde aos resultados experimentais,
e) explicar a relação entre a imagem física
das órbitas e o diagrama de nível de energia
de um elétron. Na figura 26 apresenta-se um
exemplo de aplicativo extraído do site PHET
Interactive Simulations, da Universidade do
Colorado (http://phet.colorado.edu).
Figura 34. Exemplo de simulação computacional utilizada para o ensino do modelo atômico de Bohr31
O uso de aplicativos justifica-se pelo fato deles
dispensarem o uso de qualquer linguagem computacional, sendo de fácil utilização por alunos
sem destreza no uso de computadores e domínio da língua inglesa. Dessa maneira, atividades
computacionais podem ser “...uma ferramenta
excelente para enriquecer e atualizar o ensino
de Física, propiciando o desenvolvimento de
competências e habilidades preconizadas pelos Parâmetros Curriculares Nacionais para
31 Disponível em: <http://phet.colorado.edu/en/simulation/hydrogen-atom> (acesso em 23/12/2013).
Volumen 9, número 1, enero-junio de 2014
[34]
o Ensino Médio” (Veit et al. 2002). Por outro
lado, “…tampouco, o microcomputador será
um bom recurso metodológico, se for usado
com exclusividade, dispensando a interação
pessoal, a troca, ou negociação, de significados que é fundamental para um bom Ensino de
Física” (Moreira, 2000).
Considerações finais
percebe-se que o ensino de conteúdos de Física Moderna e Contemporânea no nível médio como, por exemplo, o modelo atômico
de Bohr, é de fundamental importância. No
entanto, parece ainda não haver consenso entre professores de física e pesquisadores da
área de ensino de física sobre a abordagem e
maneira mais adequada dessa inserção ocorrer. Nota-se, contudo, indícios que essa inserção é possível, podendo ser realizada com
diferentes abordagens e com uso de diversos
recursos, seja por meio do uso da História e
Filosofia da Ciência, mediante a leitura de
textos de divulgação científica ou originais
de cientistas, analogias, tiras em quadrinhos
e simulações computacionais ou, ainda, por
meio de outros recursos que aqui não foram
contemplados como, por exemplo, experimentos, filmes e documentários e resolução
de problemas, mapas conceituais, entre outros.
Vale a pena destacar que, em tese de livre docência, intitulada “Meio século de educação
em ciências: uma leitura de recomendações
ao professor de física”, Almeida (2003) argumentava:
Volumen 9, número 1, enero-junio de 2014
É, sem dúvida, uma prescrição dizer ao
professor o quê, quando e como trabalhar
com seus alunos. E isso está ficando cada
vez mais frequente em algumas escolas
que fornecem apostilas com o conteúdo a
ser trabalhado num tempo determinado.”
Há até casos em que a escola estabelece
o tipo de roupa que o professor deve usar!
E não se trata de um simples avental ou de
roupas de uma dada cor, como ocorre em
algumas outras profissões, mas da “qualidade” das camisetas. O que resta ao professor nesses casos? Ser animador de um
auditório que não deve dormir enquanto
só ele fala. Outros, considerados especialistas, estabelecem a matéria que ele deve
passar aos alunos.
Perante isso, cabe ressaltar que nesse artigo
o foco não se centrou nas recomendações e
prescrições aos professores, sobre como eles
devem ensinar o modelo atômico proposto
por Niels Bohr aos seus alunos, no sentido de
regras fechadas e pré-estabelecidas de ensino,
sem levar em consideração as suas condições
de trabalho, mas mostrar as diversas possibilidades que estão à disposição deles quando
do ensino deste tópico em sala de aula.
Certamente, não existe uma condição única,
necessária e suficiente, para que os alunos
aprendam o átomo de Bohr, assim como tampouco há uma resposta pronta e fechada para
a pergunta de como ensinar conteúdos de física moderna e contemporânea de maneira
eficiente e eficaz. Cabe ressaltar a importância da elaboração de planejamentos escolares
pelos professores, pois, independentemente
O modelo atômico de bohr e as abordagens para seu ensino na escola média
[35]
do recurso, é necessário a organização das
atividades didáticas. Além disso, destacamos
a importância do uso de estratégias e recursos
diversificados no ensino de física, de modo
geral, e no ensino de FMC, em especial.
Dagher, Z. R. (1995). Review of studies on the
effectiveness of instructional analogies.
Science Education, 79(3), 295-312.
Referências
Dieguez, F.; Arantes, J. T. (1992). Niels
Bohr: o Sherlock da física atômica.
Superinteressante, 59.
Abdalla, M. C. (2006). Bohr: o arquiteto do
átomo. São Paulo: Brasil, Odysseus.
Almeida, M. J. P. M. (2003). Meio século de
educação em ciências: uma leitura de
recomendações ao professor de física.
Tese (Livre Docência) – Faculdade de
Educação, Universidade Estadual de
Campinas. Campinas, Brasil.
D’espagnat, B. (1990). Penser la science ou les
enjeux du savoir. Paris: Gauthier-Villars.
Duit, R. (1991). On the role of analogies and
metaphors in learning science. Science
Education, 79(6), 649-672.
Good, R. (1994). The Reading - Science
Learning - Writing Connection.
Journal of Research in Science Teaching,
31(9), 877-893.
Almeida, M. J. P. M.; Ricon, A. E. (1993).
Divulgação científica e texto literário:
uma perspectiva cultural em aulas de
física. Caderno Catarinense Ensino de
Física, 10(1), 7-13.
Greca, I. M. R.; Moreira, M. A.; Herscovitz,
V. E. (2001). Uma proposta para o ensino de Mecânica Quântica. Revista
Brasileira de Ensino de Física, 23(4),
444-457.
Bohr, N. (1989). Sobre a constituição de átomos e moléculas. Lisboa: Fundação
Calouste Gulbenkian.
Guerra, A.; Braga, M.; Reis, J. C. (2005). Bohr
e a interpretação quântica da natureza.
São Paulo: Atual, 2005.
Brasil. Ministério da Educação, Secretaria de
Educação Média e Tecnológica (1999).
Parâmetros curriculares nacionais: ensino médio. Brasília.
Harrison, A. G., Treagust, D. F. (1993).
Teaching with analogies: a case study
in grade-10 optics. Journal of Research
in Science Teaching, 30(10), 1291-1307.
Carvalho, A. M. P. (1992). A influência da
história da quantidade de movimento e sua conservação no ensino de
mecânica na escola de segundo grau.
Perspicillum, 6(1), 25035.
Harvard Project Physics (1968). New York:
Holt, Rinehart, and Winston. 6 v.
Carvalho, A. M. P., Vannucchi, A. I. (2000).
History, Philosophy and Science
Teaching: Some Answers to “How?
Science & Education, 9, 427-448.
Lawson, A. E. (1993). The importance of
analogy: a prelude to the special issue.
Journal of Research in Science Teaching,
30(10), 1213-1214.
Leuchs, G. (1990). O incrível salto do elétron.
Superinteressante, 35.
Volumen 9, número 1, enero-junio de 2014
[36]
Lewis, J. L. (1976). História da Ciência e seu
lugar num curso de Física: o ensino da
física escolar I (Eduardo Saló, Trad.).
São Paulo: Livraria Martins Fontes.
Martins, R. A. (2006). Introdução: A história
das ciências e seus usos na educação.
In: C. C. Silva (Org.). Estudos de história e filosofia das ciências: subsídios
para aplicação no ensino (xxi-xxxiv).
São Paulo: Livraria da Física.
Martins, R. A. (1990). Sobre o papel da história da ciência no ensino. Boletim
da Sociedade Brasileira de História da
Ciência, 9, 3-5.
Matthews, M. R (1995). História, Filosofia e
Ensino de Ciências: a tendência atual de
reaproximação. Caderno Catarinense
Ensino de Física, 12(3), 164-214.
Mendonça, M. R. de S. (2002). Um gênero
quadro a quadro: a história em quadrinhos. In Dionisio, Â. P.; Machado, A.
R.; Bezerra, M. A. (Orgs.). Gêneros textuais & Ensino. Rio de Janeiro: Lucerna.
Meneses, L. C. (2000). Uma Física para o
Novo Ensino Médio. Física na Escola,
1(1), 7.
Moreira, M. A. (2000). Física no Brasil:
Retrospectiva e Perspectivas. Revista
Brasileira de Ensino de Física, 22(1), 94-99.
Ostermann, F.; Ferreira, L. M.; Cavalcanti,
C. J. De H. (1998). Tópicos de física
contemporânea no ensino médio:
um texto para professores sobre
supercondutividade. Revista Brasileira
de Ensino de Física, 20(3), 270-288,
209-214.
Volumen 9, número 1, enero-junio de 2014
Ostermann, F.; Moreira, M. A. (2000). Uma revisão bibliográfica sobre a área de pesquisa “Física Moderna e Contemporânea
no Ensino Médio”. Investigações em
Ensino de Ciências, 5(1), 23-48.
Ostermann, F.; Moreira, M. A. (1998). Tópicos
de física contemporânea na escola média
brasileira: um estudo com a técnica
Delphi. In: Encontro De Pesquisa Em
Ensino De Física, 6., Florianópolis.
Atas do VI Encontro de Pesquisa em
Ensino de Física. Sociedade Brasileira
de Física. Digital.
Peduzzi, L. O. Q.; Basso, A. C. (2005). Para
o ensino do átomo de Bohr no nível
médio. Revista Brasileira de Ensino de
Física, 27(4), 545-557.
Pena, F. L. A. (2006). Por que, nós professores
de Física do Ensino Médio, devemos inserir tópicos e ideias de física moderna e
contemporânea na sala de aula? Revista
Brasileira de Ensino de Física, 28(1), 1-2.
Pena, F. L. A. (2003). Como trabalhar com
“TIRINHAS” em aulas de física. Física
na escola, 4(2), 20-21.
Pinto, A. C.; Zanetic, J. É possível levar a
Física Quântica para o ensino médio?
Caderno Catarinense de Ensino de
Física, 16(1), 7-34.
Salém, S.; Kawamura, M. R. (1996). O texto
de divulgação científica e o texto didático: conhecimentos diferentes? In:
V Encontro de pesquisa em ensino de
física, 5, Águas de Lindóia. Anais do
V Encontro de Pesquisa em Ensino de
Física. Associação Brasileira de Pesquisa
em Educação em Ciências. Digital.
O modelo atômico de Bohr e as abordagens para seu ensino na escola média
Silva, J. R. C. (2008). O Gênero Tira de Humor
e os recursos enunciativos que geram o
efeito risível. In XII Congresso nacional de linguística e filosofia, 12, Rio de
Janeiro. Anais do XII Congresso Nacional
de Linguística e Filosofia. Rio de Janeiro.
Silva, H. C., Almeida, M. J. P. M. (1993).
Análise de verbalizações e do uso
de textos em aulas de física, 2o grau:
uma tentativa de compreensão do
próprio trabalho pedagógico. In: X
Simpósio nacional de ensino de física, 10. Londrina. Anais do X Simpósio
Nacional de Ensino de Física. Sociedade
Brasileira de Física. Digital.
Silva, L. L.; Terrazzan, E. A. (2008).
Correspondências Estabelecidas e
Diferenças Identificadas em Atividades
Didáticas baseadas em Analogias
para o Ensino de Modelos Atômicos.
Experiências em Ensino de Ciências, 3
(2), 212-237.
Strathern, P. (1999). Bohr e a Teoria Quântica.
Rio de Janeiro: Jorge Zahar.
Teixeira, E. S., Freire Junior, O. (2007). Um
Estudo sobre a Influência da História
e Filosofia da Ciência na Formação
de Estudantes de Física. In: XVII
Simpósio nacional de ensino de física,
[37]
17, São Luiz. Anais do XVII Simpósio
Nacional de Ensino de Física. Sociedade
Brasileira de Física. Digital.
Terrazzan, E. A. (2000). O potencial didático dos textos de divulgação científica:
um exemplo em física. In: III Encontro
linguagens, leituras e ensino de ciências, 3. Campinas. Anais do III Encontro
Linguagens, Leituras e Ensino de Ciências.
Associação de Leitura do Brasil. Digital.
Terrazzan, E. A. (1992). A inserção da física
moderna e contemporânea no ensino
de física na escola de 2o grau. Caderno
Catarinense de Ensino de Física, 9(3).
Veit, E. A., Mors, P. M., Teodoro, V. D. (2002).
Ilustrando a Segunda Lei de Newton
no Século XXI. Revista Brasileira de
Ensino de Física, 24(2), 176-184.
Zanetic, J. (1998). Mesa-redonda: influência
da história da ciência no ensino de física. Caderno Brasileiro de Ensino de
Física, 5, 76-92.
Zanotello, M.; Almeida, M. J. P. M. (2007).
Produção de sentidos e possibilidades
de mediação na física do ensino médio:
leitura de um livro sobre Isaac Newton.
Revista Brasileira de Ensino de Física,
29(3), 437-446.
Volumen 9, número 1, enero-junio de 2014